Устройство для автоматического управления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин

.ЯО:;ОЩ 8422 А СОКИ СОВЕТСКИХЭИЕМЛЕепжижРЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ- ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ отжт Еф К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Институт кибернетики АН Азербайджанской ССР(56 ) 1. Лвторское свидетельство СССР Р 514945, кл. Е 21 В 43/00, 1974.2. Авторское свидетельство СССР 9 875003, кл, Е 21 В 47/00, 1979.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ГЛУБИННО-НАСОСНОЙ УСТАНОВКОЙ МАЛОДЕБИТНЫХ НЕФТЯНЫХ СКВАЖИН, содержащее блок индикации, датчик усилия, подключенный через фиксатор нулеворо уровня к одному из входов блока формирования команд отключения двигателя, состоящего из трех счетчиков, логических схем и;хемы совпадения, выход которойподключен через выходной триггер кисполнительному реле, а формирователь напряжения сети подключен к другому входу блока формирования командотключения двигателя, связанному несколькими шинами с блоком управления,.о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения надежности работы врежиме периодической откачки жидкости, оно снабжено последовательно соединенными дополнительной схемой совпадения и счетчиком времени работыглубинно-насосной установки, приэтом один из входов дополнительнойсхемы совпадения педключен к выходувыходного триггера, а другой ее входсоединен с выходом формирователя на- .пряжения сети, причем выход счетчикавремени работы глубинно-насосной ус- Становки подключен к блоку индикации.На фиг 1 приведена функциональная схема устройства, на Фиг.2временная зависимость сигнала уси-.лия, получаемого на выходе датчикаусилия системы телединамометрирования на Фиг. 3 - блок-схема алгоритма функционирования устройства.Устройство содержит датчик 1 усилия, фиксатор 2 нулевого уровня, счетчик 3 длительности импульса датчи- О ка усилия, счетчик 4 числа цикловнезаполнения насоса, счетчик 5 числациклов работы насоса, формирователь бнапряжения сети, первую логическуюсхему 7, вторую логическую схему 8,блок 9 управления операциями, схему 10 совпадения, выходной триггер 11,исполнительное реле 12, счетчик 13времени работы глубинно-насоснойустановки, блок 14 йндикации, И 1,И 2 и ИЗ - соответственно первый, вто;рой и третий элементы И, ИЛИ 1, ИЛИ 2и ИЛИЗ - соответственно первый,второй и третий элемент ИЛИ, черезО 1 обозначены счетные входы счетчиков3-5 и 13,бр- сбросные входы счетчиков,ОЭ - выход переноса разрядных двоичных счетчиков 3 и 4 на следующийсМетчик при достижении подсчитываемых импульсов на 2 , а, - выход счет 8чиков, т.е. двоичный код, полученный на выходе 04,характеризуетсодержимое соответствующего счетчика.На фиг.2 приведена временная зависимость сигнала усилия, получаемоФго на выходе датчика усилия системы телединамометрирования, где Русилия, 1 - время, кривая АБСДА соответствует случаю полного заполнениянасоса жидкостью, кривая АВСС ЛАсоответствует случаю неполного заполнения насоса жидкостью, т, - длительность импульса датчика усилия приполном заполнении насоса жидкостью,1 эц - длительность импульса датчика усилия при заданном коэффициенте заполнения насоса жидкостью, т.е.при неполном заполнении насоса жидкостью; Т - длительностьодного периода работы глубинного насоса ( Т = 10 с ), линия 00 соответствуетнулевому уровню сигнала РС) .На Фиг.З приведена блок-схема алгоритма функционирования устройства, где А 1,А б - операторныевершины алгоритма; Х 1, Х 2 и ХЗ - условные вершины алгоритма; пр - число циклов работы насоса, Пн - числоциклов неэаполнения насоса; 1 н в :текуцее значение времени накопления жидкости; 1 Н - заданное значение времени накойления жидкости.Устройство работает следующим образом.При включении устройства, т.е. при поступлении сигнала фПуск" счетчик 13, а также с соответствующихвыходов блока 9 управления операцияИзобретение относится к нефтедобыче и может быть использовано для автоматического управления работой малодебитных глубинно-насосных нефтяныхскважин, эксплуатирующихся в режимепериодической откачки жидкости. 5Известны устройства для автоматического управления глубинно-насоснойустановкой малодебитных нефтяныхскважин, содержащие блок индикации,датчик усилия, подключенный через 1фиксатор нулевого уровня к одному извходов блока Формирования команд отключения двигателя, состоящего иэтрех счетчиков, логических схем и схемы совпадения, выход которой подключен через выходной триггер к исполнительному реле, а Формирователь напряжения сети подключен к другомувходу блока формирования команд отклю-чения двигателя, связанному несколькими шинами с блоком управления 1 и 2В настоящее время для повьааениятехнико-экономических показателей ма-,лодебитных глубинно-насосных скважиншироко применяется режим автоматической периодической -откачки, при котором глубинно-насосная установка включается в работу по истечению заданного времени накопления жидкости иостанавливается как только уровеньжидкости в затрубном пространстве по- ЗОнижается до приема насоса.Недостатком устройства является то,что,оно не обеспечивает требуемуюнадежность работы в режиме периодической откачки жидкости. 35Цель изобретения - повьыение надежности работы в режиме периодической откачки жидкости.Поставленная цель достигается тем,что устройство для автоматического 4 Оуправления глубинно-насосной установкой малодебитных нефтяных скважин,содержащее блок индикации, датчикусилия, подключенный через фиксаторнулевого уровня к одному иэ входовблока Формирования команд отключения двигателя, состоящего иэ трехсчетчиков, логических схем и схемысовпадения, выход которой подключенчерез выходной триггер к исполни-.тельному реле, а формирователь напряжения сети подключен к другому входу блока формирования команд отключения двигателя, связанному несколькими шинами с блоком управления,снабжено последовательно соединенными дополнительной схемой совпадения и счетчиком времени работы глубинно-насосной установки, при этомодин из входов дополнительной схемысовпадения подключен к выходу вы Оходного триггера, а другой ее входсоединен с выходомформирователя напряжения сети, причем выход счетчика времени работы глубинно-насоснойустановки подключен к блоку индикации.65ми счетчики, 3-5 сбрасываются в нулевое состояние.Далее выполняется оператор А 1, т,е. сигналом с соответствующего выхода блока 9 управления операциями выходной триггер 11. устанавливает ся в состояние "1", поэтому срабатывает исполнительное реле 12 и включается электродвигатель станка-качалки, Кроме того, при установлении выходного триггера,11 в состояние)О "1", выход которого подключен на один из входов элемента ИЗ, имнульсы частотой 25 Гц с выхода формирователя б напряжения проходят через элемент ИЗ и заполняют счетчик 13 времени работы)5 глубинно-насосной установки. Таким образом выполняется оператор А 1.Далее выполняется оператор Л 2, т.е. сигнал РИ) с выхода датчика 1 усилия, поступает на вход Фиксатора 2 нулевого уровня.и фиксируется на нулевом уровне ОО. Это позволяет независимо рт изменения нуля датчика усилия сигнал Р(Ф) получить.на постоянном уровне, что необходимо для точного измерения длительности 1 (фиг.2). . 25Потом выполняется оператор ЛЗ, т.е. счетчиком 3 длительность сигнала усилия 1 преобразуется в цифровой код. Как видно из фиг.1 счетный вход счетчика 3 через элемент ИЛИ 1 3 подключен к выходу элемента И 1. Так как входы элемента И 1 подключены соответственно к выходу формирователя 6 .напряжения сети и фиксатора 2 нулевого уровня, то в течение времени наличия сигнала усилия АВСД (фиг.2 Г т,е. высокого потенциала на выходе фиксатора 2 нулевого уровня, импульсы,частотой 25 Гц с выхода формиро 1 - вателя б, пройдя через элементы И 1 и ИЛИ 1, заполняют счетчик 3.Таким образом, длительность йреобразуется счетчиком 3 в цифровой код. Поскольку максимальная длительность сигнала усилия = 9 с, то разрядность (8 двоичных разрядов ) 45 счетчика 3 вполне достаточно для преобразования 1 в цифровой код за один период Т. При прекращении дей-. ствия сигнала усилия АВСД (фиг.2) импульсы через элемент И 1 не прохо дят, Так как выход элемента И 1 соединен с соответствующим входом блока 9 управления операциями, то при прекращении прохождения импульсов через элемент И 1 блок 9 управления операциями вырабатывает сигнал в результате чего в промежутке времени (,Т) т,е. до начала действия сигнала уси- лия АБСД (фиг.2), импульсы через элемент И 2 не проходят. Так как выход элемента И 1 соединен с соот О ветствующим входом блока 9 управленияоперациями, при прекращении про. хождения импульсов через элемент И 1 блок 9 управления операциями вырабатывает сигнал,в результате65 чего в промежутке времени (Т - 1 у, т.е. до начала действия сигнала усилия ЛБСД следующего периода Т (фиг.2), выполняется оператор Х 1.Так как второй вход первой логической схемы 7 соединен с выходом счетчика З,то в первой логической схеме 7 происходит сравнение значения 1 у сну,.Если (Фо это означает, что коэффициейт заполнения насоса еще не снизился до заданной величины. При этом на выходе первой логической схемы 7 получается сигнал. "О", который поступает на вход элемента ИЛИ 2 и на входблока 9 управления операциями. При этом блок 9 управления операциями сбрасывает счетчик 3 в нулевое состояние и в следующем периоде Т действия сигнала усилия ЛБСД опятьвыполняется оператор ЛЗ,Если 1 р 1 з то это означает,что возможно уже коэффициент заполиения насоса снизился до заданнойвеличины. При этом на выходе первойлогической схемы 7 получается сигнал "1", который поступает на уходблока 9 управления операциями,и,пройдя через элемент ИЛИ 2, поступает на счетный вход. счетчика 4, При этом устройство переходит к выполнению оператора А 4 (однако выполнение операций по оператору ЛЗ продолжается, т.е. блок 9 управления операциями сбрасывает счетчик 3 в нулевое состояние и в следующем периоде Т действия сигнала усилия ЛБСД опять выполняется оператор ЛЗ. Выпол-нение операций по оператору ЛЗ прекращается при пн =и )При выполненйи оператора А 4 счетчик 4 подсчитывает число .циклов не-заполнения насоса 0 н, а счетчик 5 подсчитывает число циклов работы насоса по . Подсчет продолжается в течение 16 циклов работы насоса, т.е. до пр= 16. Это происходит следующим образом.Если 1 ЪФЗо,то на выходе первой логической"схейй 7 получается сигнал ф 1", который, пройдя через элемент ИЛИ 2, поступает на счетный вход счетчика 4. Так как полученныйна выходе первой логической схемы 7 сигнал ф 1 ф соответствует незаполнению насоса в данном цикле работы насоса, то счетчик 4 подсчитывает число циклов незаполнения насоса пн .Кроме того, в каждом периоде работы насоса с выхода блока 9 управления операциями через элемент ИЛИ 3 на счетный вход счетчика 5 подается один импульс. Этот импульс вырабатывается от сигнала датчика 1 усилия, выход которого подключен к входуфиксатора 2 .нулевого уровня. Так каквыход фиксатора 2 нулевого уровня подключен на вход элемента И 1, то блок 9 управления операциями от каж 1008422дого сигнала датчика усилия АБСД(Фиг.2) вырабатывает один импульси подает на вход элемента ИЛИЗ, выход которого подключен на входсчетчика 5. Таким образом, счетчики 4 и 5 соответственно подсчитывают пн и о. После того, как блок9 управления операциями вырабаты. вает 16 импульсов, устройство переходит к выполнению оператора Х 2.При выполнении оператора Х 2 сравниваются содержимые счетчиков 4 и 5.Так как выходы счетчиков 5 и 4 подключены к входам схемы 10 совпадения, то в ней происходит сравнениеэ пр15Если и н с и то снижение коэффициента заполнения насоса до заданной величины считается случайным. При этомна первом выходе схемы 10 совпаденияполучается сигнал "1", который посту Опает на вход блока 9 управления опе-рациями. При этом блок 9 управленияоперациями сбрасывает счетчики 4 и 5в, нулевое состояниеКроме того,блок 9 управления операциями возвращает устройство к выполнению оператора АЗ.Если пи= пр, тоснижение коэффициента заполнения насоса до заданнойвеличины считаетея достоверным. Приэтом на втором выходе схемы 10 совпадения получается сигнал "1",который поступает на вход блока 9управления операциями. При этомблок 9 управления операциями сбрасывает счетчики 4 и 5 в нулевоесостояние, Кроме того, сигнал "1"с второго выхода схемы 10 совпадения поступает на вход выходноготриггера 11 и переключает его в нулевое состояние и устройство переходит к выполнению оператора А 5.При выполнении оператора А 5, т.е.при переходе выходного триггера 11в нулевое состояние, обесточивается исполнительное реле 12 и выключается электродвигатель станка-качалки. Кроме того, при переходе выходного триггера 11 в состояние "0", выход которого подключен на один извыходов элемента ИЗ, импульсы частотой 25 Гц с выхода Формирователяб напряжения сети через элемент ИЗне проходят и поэтому заполнениесчетчика 13 времени работы глубинно-насосной установки прекращается,т.е. заканчивается подсчет времени ее работы.Далее выполняется оператор Аб,т.е. устройства переходит к подсчету времени накопления жидкости 1 И.При этом последовательно соединенные через элементы ИЛИ 2 и 3 счетчики 3 - 5 образуют 24-разрядныйдвоичныи счетчик и используются дляподсчета времени накопления жидкости + н . Так как электродвигатель 65 станка-качалки выключен то на выхоРде датчика 1 усилия сигнал не получается и импульсы через элемент И 2 не проходят. Как видно из фиг.1 выход формирователя б напряжения сети подключен на первый вход элемента И 2, второй вход которого подключен к выходу блока 9 управления операциями.Так как при выполнении оператора Аб на второй вход элемента И 2 с выхода блока 9 управления операциями подается высокий потенциал, то поэтому импульсы частотой 25 Гц с выхода Формирователя б напряжения сети, пройдя через элементы И 2 и ИЛИ 1, поступают на счетный вход счетчика 3, т.е, последовательно соединенные счетчики 3 - 5 подсчитывают время накопления жидкости 1 н, При этом сигналфпереноса с выхода счетчика 3, пройдя через элемент ИЛИ 2, поступает на счетный вход счетчика 4. Аналогично сигнал переноса с выхода счетчика 4, пройдя через элемент ИЛИ 3, поступает на счетный вход счетчика 5,Далее выполняется оператор ХЗ. Как видно из.фиг.1 выходы счетчиков 3-5 подключены к входам второй логической схемы 8, т.е. к второй логической схеме 8 подается текущее значение/времени накопления жидкости 1 И , а заданное значение времени накопления жидкости 1 заранее устанавливается во второй логической схеме 8. Поэтому во второй логической схеме 8 происходит сравнение 1 Н с заданной величиной Фн зс,д,Еслибы сФ ,то на выходе второй логической схемы 8 получается сигнал "0" и поэтому подсчет времени на-копления жидкости продолжается.Если 1 нМ ,то на выходе второй логической схемы 8 получается сигнал "1", который поступает на вход блока 9 управления операциями, При этом блок 9 управления операциями вырабатывает соответствующие сигналы, а счетчики 3 - 5 сбрасываются в нулевое состояние.Далее начинается новый цикл управления работой глубинно-насосной установки,т.е. опять выполняется оператор А 1. При этом опять сигналом с соответствующего выхода блока 9 управления операциями выходной триггер 11 устанавливается в состояние "1", поэтому срабатывает исполнительное реле 12 и включается электродвигатель станка- качалки. Креме того, при установлении выходного триггера 11 в состояние "1", выход которого подключен на один из входов элемента ИЗ, импульсы частотой 25 Гц с выхода формирователя б напряжения проходят через лемент ИЗ и заполняют счетчик 13времени работы глубинно-насосной установки. Таким образом выполняется оператор А 1.Потом выполняется оператор А 2 и т.д.Таким образом, счетчик 13 подсчитывает фактическое суммарное время работы глубинно-насосной установки, а блок 14 индикации показывает фактическое суммарное время работы глубинно-нас 9 сной установки, .Поэтому 10 по изменению показаний блока 14 индикации за определенный промежуток времени определяется эффективность ,эксплуатации скважийы в режиме периодйческой откачки жидкости и в соответствии с этим значением производят" ся изменения режима эксплуатации.Предлагаемое устройство построено на интегральных микросхемах серии К 155. Проведенные испытания такого устройства показали правильность его принципа построения и высокую эксплуатационную надежность.Предлагаемое устройство позволяет существенно повысить тЕхнико-экономические показатели глубйнно-насосных скважинэксплуатирующихся в режиме периодической откачки жидкости1008422 лыгинчик Коррек оставитель В ехред е,ХариМотыль Редак